Анотація до роботи:

Курант В.З. Роль білкового обміну в адаптації риб до дії іонів важких металів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук зі спеціальності 03.00.10 – іхтіологія. – Інститут гідробіології НАН України, Київ, 2003.

Дисертація присвячена вивченню фізіолого-біохімічних закономірностей накопичення, перерозподілу та транспорту в тканинах коропа іонів важких металів (Mn, Zn, Cu, Pb) за їх підвищеного вмісту у водному середовищі (2 і 5 ГДК) та ролі білкового обміну в адаптації гідробіонтів до токсичної дії вказаних металів.

В експериментальних умовах досліджено роль окремих амінокислот у забезпеченні стійкості організму риб до дії іонів важких металів через їх специфічну участь в процесах синтезу білків, ліпідів та вуглеводів, а також генерації енергії. Показано, що одним із важливих факторів, який визначає характер метаболізму в організмі коропа за його інтоксикації іонами важких металів є рівень функціональної активності ферментів білкового обміну (протеїназ, трансаміназ та глутаматдегідрогеназ). Підвищений вміст у воді досліджених металів веде до зміни кількості в тканинах риб білків та нуклеїнових кислот, а також до порушення їх метаболізму. Виявлені зміни білкового складу сироватки крові коропа за інтоксикації його організму іонами важких металів, показана роль альбумінів, -, - та -глобулінів, а також - та -ліпопротеїдів в процесах адаптації.

Запропонована схема особливостей білкового обміну в організмі коропа за дії іонів важких металів, яка грунтується на аналізі зміни біохімічних показників в органах та тканинах риб.

1. Ступінь накопичення важких металів в організмі риб визначається їх концентрацією у воді, активністю транспортних ферментних систем, зокрема АТФ-аз, а також метаболічними потребами організму риб в тому чи іншому елементі.

2. Вміст досліджуваних металів у воді в кількості 2 та 5 ГДК призводить до збільшення вмісту марганцю, міді і свинцю в зябрах та печінці коропа, вмісту цинку і міді в скелетних м’язах та вмісту марганцю цинку і свинцю в крові риб. Ступінь накопичення окремих важких металів в органах і тканинах коропа специфічний для кожного з них і залежить від їх вмісту у воді та специфіки взаємодії іонів металів з біополімерами та клітинними структурами.

3. Іони важких металів нерівномірно накопичуються в субклітинних компонентах клітин. Значну кількість марганцю виявлено в ядрах та мітохондріях печінки і зябер та в мітохондріях і цитозолі м’язів. Цинк накопичується у всіх досліджуваних тканинах, переважно в мітохондріях та цитозолі клітин, а мідь найбільшою мірою локалізована в мітохондріальній фракції. Значну кількість свинцю виявлено в ядрах та мітохондріях печінки і зябер, а також в мітохондріях і цитозолі м’язів.

4. За дії на організм коропа підвищених концентрацій іонів важких металів в зябрах риб знижується АТФ-азна активність мембран клітин. Більшою мірою інгібують активність ферменту іони міді та свинцю, менше – іони марганцю та цинку.

5. При інтоксикації іонами марганцю, цинку, міді та свинцю в скелетних м’язах та печінці коропа зростає активність протеолітичних ферментів, зокрема, кислих лізосомальних протеїназ, що веде до збільшення вмісту вільних амінокислот в цих тканинах.

6. Підвищений вміст іонів важких металів у воді активує переамінування амінокислот в АлАТ та АсАТ реакціях. Роль трансаміназ полягає у перерозподілі амінокислотних резервів в організмі риб з метою використання їх для детоксикації іонів важких металів (сірковмісні АК), аміаку (глутамат, аспартат, аланін), а також в енергетичних цілях. Процеси перерозподілу амінокислотних резервів та рівень метаболізму амінокислот за дії важких металів активні як в цитоплазматичній, так і в мітохондріальній фракціях клітин.

7. В мітохондріях печінки та скелетних м’язів коропа за дії підвищених концентрацій іонів важких металів виявлена зміна активності НАД(Н)- та НАДФ(Н)-залежних глутаматдегідрогеназ. Роль глутаматдегідрогеназної системи полягає в підтриманні гомеостазу інтермедіатів білкового обміну, зміні його спрямованості, а також в процесах детоксикації аміаку.

8. Досліджено вклад окремих амінокислот у субстратне забезпечення синтезу білків, ліпідів, вуглеводів, а також в процеси генерації енергії. Показано, що найбільше, як в нормі, так і за дії іонів важких металів, гліцин, аланін та лейцин включаються в синтез білків та використовуються на енергетичні потреби. При цьому частка гліцину, що використовується у синтезі білків, в 3 рази в печінці та в 4 рази в м’язах, а аланіну – в 7 разів в печінці та в 8 разів в м’язах менші, ніж використано лейцину. За інтоксикації важкими металами знижується участь зазначених амінокислот у біосинтетичних процесах і зростає їх використання як енергетичних субстратів.

9. При інтоксикації організму коропа іонами марганцю, цинку, міді та свинцю знижується використання суміші [U-¹⁴C]-амінокислот в синтезі тканинних білків, вуглеводів та, в окремих випадках, ліпідів, і зростає їх участь у субстратному забезпеченні енергетичних процесів. Зміни активності анаболічних та катаболічних процесів в печінці та скелетних м’язах риб більшою мірою виражені при дії іонів міді та свинцю, ніж при дії іонів марганцю та цинку.

10. За дії підвищених концентрацій іонів важких металів в тканинах коропа збільшується вміст нуклеїнових кислот. Більшою мірою зростає кількість РНК, особливо при 5 ГДК металів у воді. Виявлена зміна співвідношення РНК/ДНК за дії досліджуваних металів опосередковано свідчить про наявність експресії геному, що пов’язано із біосинтезом специфічних адаптивних білків, зокрема, металотіонеїнів. Значніші відхилення від норми спостерігали в печінці та крові риб, менші – в м’язах.

11. Інтоксикація організму коропа іонами важких металів приводить, як правило, до зростання в його тканинах загального вмісту білків. Збільшення кількості білків в печінці коропа свідчить про синтез в цьому органі металотіонеїнів, який більше активується іонами міді та свинцю і менше – іонами марганцю та цинку. Вміст білків у фракціях РНК та ДНК майже не змінюється, що вказує на стабільність нуклеопротеїдних комплексів тканин коропа за дії іонів досліджуваних металів.

12. Виявлено високу чутливість білкової системи сироватки крові коропа до підвищеного вмісту іонів важких металів у воді, яка проявляється у збільшенні сумарного вмісту білків та зростанні білкового коефіцієнту за дії всіх досліджених металів. На рівні фракційного складу білків сироватки крові відмічено зростання вмісту альбумінів при обох вивчених концентраціях металів у воді та -глобулінів при їх рівні 5 ГДК. Відмічена тенденція до збільшення вмісту білків фракцій ₁- та -глобулінів при 2 ГДК металів у воді та зниження цих показників при 5 ГДК. Вміст білків у фракції ₂-глобулінів, як правило, знижується, за винятком випадку впливу іонів міді та свинцю в кількості 5 ГДК.

13. Вплив підвищених концентрацій досліджених металів приводить до зростання кількості -ліпопротеїдів в сироватці крові коропа та до зниження вмісту -ліпопротеїдів, що свідчить про перебудову за інтоксикації механізмів гомеостатичної регуляції рівня ліпідів в крові риб та використання їх в адаптивних процесах.

14. Запропонована узагальнююча схема особливостей білкового обміну в організмі коропа за дії підвищених концентрацій іонів важких металів. Вона грунтується на аналізі зміни вмісту метаболітів та активності ферментів білкового обміну в тканинах коропа за дії іонів марганцю, цинку, міді та свинцю

Публікації автора:

1. Курант В.3., Арсан О.М. Вплив марганцю на вміст нуклеїнових кислот і білків у тканинах коропа // Доповіді АН УРСР. – 1990. – сер.Б, №9. – С.60–62.

2. Курант В.3., Арсан О.М. Влияние цинка на содержание белков и нуклеиновых кислот в тканях карпа // Гидробиол. журн. – 1991. – Т.27, №6. – С. 45 –48.

3. Столяр О.Б., Курант В.3., Балабан Р.Б. Влияние ионов меди на тиоловые соединения в печени карпа // Гидробиол. журн. – 1998. – Т.34, № 3. – С. 87–91.

4. Курант В.З., Столяр О.Б., Грубінко В.В. Принципи фізіолого-біохімічної біоіндикації водних екосистем важкими металами // Екологічна фізіологія. – 1998. – №1. – С. 33-36.

5. Курант В.3., Бродін С.В., Синюк Ю.В., Грубінко В.В., Бучко А.М. Особливості метаболізму гліцину в печінці і скелетних м'язах коропа при інтоксикації іонами свинцю // Біологія тварин. – 1999.–Т.1, № 2. – С.73–76.

6. Балабан Р.Б., Хоменчук В.0., Курант В.3., Синюк Ю.В., Бродін С.В., Грубінко В.В. Стан глутаматдегідрогеназної реакції в тканинах риб при накопиченні іонів свинцю // Науково–технічний бюлетень Інституту землеробства і біології тварин УААН. – Львів, 1999. –Вип. 1(3). – С.239–241.

7. Балабан Р.Б., Хоменчук В.0., Курант В.3., Грубінко В.В. Функціональна роль трансаміназ в організмі риб за дії абіотичних факторів водного середовища // Наукові записки Тернопільського педуніверситету. Серія: біологія. – Тернопіль, 1999.- №2 (5). - С. 52 – 58.

8. Столяр О.Б., Курант В.3., Хоменчук В.А., Балабан Р.Б. Влияние сублетальных концентраций свинца на содержание тиоловых соединений и белков в организме карпа // Гидробиол. журн. – 1999. – Т.35, № 6. – С. 63 – 68.

9. Курант В.З. Видові, вікові та сезонні особливості вмісту білків і їх функцій у риб // Наукові записки Тернопільського педуніверситету. Серія: біологія. – Тернопіль, 2000.– № 2 (9).– С. 74-81.

10. Балабан Р.Б., Курант В.3., Столяр О.Б., Бродін С.В., Грубінко В.В. Вплив іонів важких металів на активність трансаміназ в організмі коропа // Біологія тварин. – 2000. – Т.2, № 1. – С. 87 – 92.

11. Курант В.3., Бродін С.В., Синюк Ю.В., Бучко А.М., Грубінко В.В. Особливості метаболізму амінокислот в організмі риб за умов інтоксикації іонами міді // Біологія тварин. – 2000. – Т. 2, № 2. – С. 86-90.

12. Курант В.З. Особливості вмісту та метаболізму вільних амінокислот в організмі риб // Наукові записки Тернопільського педуніверситету. Серія: біологія. – Тернопіль, 2000.– № 4 (11). – С. 92-98.

13. Хоменчук В.О., Курант В.З., Коновець І.М. Арсан В.О., Грубінко В.В. Вплив деяких фізико-хімічних параметрів водного середовища на накопичення важких металів в організмі коропа // Доповіді НАН України. - 2000. - №5. - С. 173-176.

14. Курант В.З. Вплив підвищених концентрацій свинцю на динаміку вмісту білків і нуклеїнових кислот в організмі коропа // Наукові записки Тернопільського педуніверситету. Серія: біологія. – Тернопіль, 2001. – № 1 (12). – С. 93-96.

15. Курант В.З., Бродін С.В., Синюк Ю.В. Вплив іонів важких металів на метаболізм гліцину в умовах in vivo // Наукові записки Тернопільського педуніверситету. Серія: біологія.– Тернопіль.- 2001.-№2 (13). - С. 37 – 40.

16. Хоменчук В.О., Курант В.З., Грубінко В.В. Вміст міді у субклітинних фракціях тканин коропа при різній її концентрації у водному середовищі // Біологія тварин. – 2001. – Т.3, № 1. – С. 97 – 100.

17. Курант В.З., Синюк Ю.В., Грубінко В.В. Метаболізм лейцину в організмі коропа при дії іонів важких металів // Науково–технічний бюлетень Інституту біології тварин УААН. – Львів, 2001. –Вип. 1-2. – С. 122–125.

18. Курант В.З. Особливості метаболізму гліцину в організмі коропа при дії іонів важких металів // Доповіді НАН України. - 2001. - № 1. - С. 192-195.

19. Курант В.З. Роль вільних амінокислот в адаптаційно-компенсаторних процесах в організмі риб за дії йонів важких металів // Наукові записки Тернопільського педуніверситету. Серія: біологія. – Тернопіль, 2001. – № 3 (14). – С. 205-206.

20. Курант В.З., Бродін С.В., Синюк Ю.В., Грубінко В.В. Вплив іонів важких металів на метаболізм [U¹⁴C] амінокислот у тканинах коропа за умов in vitro // Біологія тварин. – 2001. – Т.3, № 1. – С. 101 – 104.

21. Хоменчук В.О., Балабан Р.Б., Курант В.З., Грубінко В.В. Активність деяких ферментів у мітохондріях печінки та зябер коропа за інтоксикації йонами важких металів // Науково–технічний бюлетень Інституту біології тварин УААН. – Львів, 2001. –Вип. 1-2. – С. 159–162.

22. Курант В.З. Динамика белков и нуклеиновых кислот в организме карпа под влиянием повышенных концентраций марганца, цинка и меди // Гидробиол. журн. – 2001. – Т.37, № 4. – С. 45–51.

23. Столяр О.Б., Курант В.З., Хоменчук В.А., Грубинко В.В. Свойства низкомолекулярных термостабильных белков и содержание тиолов в гепатопанкреасе карпа при воздействии сублетальных концентраций ионов свинца и марганца // Гидробиол. журн. – 2001. – Т.37, № 5. – С. 73–80.

24. Курант В.3., Синюк Ю.В., Балабан Р.Б., Грубінко В.В. Динаміка вмісту вільних амінокислот у тканинах коропа за дії іонів важких металів // Наукові записки Тернопільського педуніверситету. Серія: біологія. – Тернопіль, 2002. – № 1 (16). – С. 105–111.

25. Курант В.З., Хоменчук В.О., Грубінко В.В. Вміст важких металів в організмі коропа при підвищеному їх вмісті у воді // Біологія тварин. – 2002. – Т.4, №1-2. – С.200-204.

26. Курант В.З., Синюк Ю.В., Арсан В.О., Грубінко В.В. Особливості білкового складу сироватки крові коропа при дії іонів важких металів // Доповіді НАН України. – 2002. - №11. – С.159-163.

27. Синюк Ю.В., Курант В.3., Грубинко В.В. Влияние тяжелых металлов на качественный и количественный состав белков сыворотки крови карпа // Гидробиол. журн. – 2003. – Т.39, № 3. – С. 56–64.

28. Курант В.3. Влияние марганца и цинка на белково–нуклеиновый обмен в тканях карпа // ІІ симпозиум по экологической биохимии рыб: Тезисы докл. – Ярославль, 1990. - С. 143–144.

29. Курант В.3. Влияние ионов тяжелых металлов на содержание белков и нуклеиновых кислот в тканях карпа // VIII научная конфсрснция по экологической физиологии и биохимии рыб: Тезисы докл. – Петрозаводск, 1992. – Т. 1. –С.179–180.

30. Курант В.3. Вплив деяких металів на вміст білків та нуклеїнових кислот в організмі риб // VI Укр. біохім. з’їзд: Тези доп. – Київ, 1992. – Т.2 – С.53.

31. Столяр О.Б., Курант В.3. Вплив цинку і марганцю на вміст тіолових сполук в організмі коропа // Вплив субекстремальних факторів на організм людини і тварин: Тези доп. – Тернопіль, 1994. – С. 91 – 94.

32. Столяр О.Б., Курант В.3., Балабан Р.Б., Хоменчук В.0. Деякі зміни білково–нуклеїнового обміну в організмі коропа під дією важких металів // VП Укр. біохім. з"їзд: Тези доп.– Київ, 1997. – Ч. І. – С. 100–101.

33. Столяр О.Б., Курант В.3., Балабан Р.Б., Хоменчук В.0. Роль тіолових сполук в захисті організму прісноводних риб від іонів свинцю і міді // VII Укр. біохім. з'їзд: Тези доп.– Київ, 1997. – Ч. 2. – С. 42–43.

34. Курант В.3., Столяр О.Б., Хоменчук В.О., Балабан Р.Б. Особливості біохімічної характеристики стану організму коропа при дії іонів міді // П з’ізду гідроеколог. товариства України: Тези доп. – Київ, 1997.– Т. 2. – С. 132 –133.

35. Kurant V.Z., Stolyar 0.B., Balaban R.B., Homenchuk V.0. Effect of copper and lead on the nucleoproteins and thiol in tissues of carp (Cyprinus corpio) // Metals and Genes Symposium Canterbury: Materiale, University of Kent, Canterbery. – Abstracts animal and cell biology, 1997. – P. 86 – 87.

36. Балабан Р.Б., Курант В.3., Столяр О.Б., Грубінко В.В. Вплив свинцю (П) на каталітичну активність амінотрансфераз в тканинах коропа // І Всеукр. наук. конф. “Екологічний стрес і адаптація в біологічних системах”: Тези доп.- Тернопіль, 1998. - С. 37 –38.

37. Синюк Ю.В., Бродін С.В., Курант В.З., Янович В.Г. Вміст вільних амінокислот у тканинах коропа при дії іонів свинцю // І Всеукр. наук. конф. “Екологічний стрес і адаптація в біологічних системах”: Тези доп.- Тернопіль, 1998. - С. 62 – 63.

38. Столяр О.Б., Курант В.3., Зіньковська Н.Г., Жеграй О.О. Вплив іонів свинцю на стан крові коропа. // І Всеукр. наук. конф. “Екологічний стрес і адаптація в біологічних системах”: Тези доп.- Тернопіль, 1998. – С.66 – 68.

39. Хоменчук В.О., Столяр О.Б., Курант В.3. Вплив підвищених концентрацій свинцю у водному середовищі на його накопичення в організмі коропа // І Всеукр. наук. конф. “Екологічний стрес і адаптація в біологічних системах”: Тези доп.- Тернопіль, 1998. - С. 68 – 69.

40. Столяр О.Б., Курант В.З., Грубінко В.В., Горбовий П.М. УФ-спектроскопія та високоефективна рідинна хроматографія в аналізі металотіонеїнів гепатопанкреасу коропа при дії йонів важких металів // ІІ міжнар. Смакуловий симпозіум “Фундаментальні і прикладні проблеми сучасної фізики”: Тези доп. - Тернопіль, 2000. – С. 263 – 265.

41. Столяр О.Б., Курант В.З. Влияние ионов цинка на содержание тиоловых соединений в ткани карпа // ІX Всероссийская конференция “Экологическая физиология и биохимия рыб”: Тезисы докл. – Ярославль, 2000. – Т. 2. – С. 157.

42. Balaban R.B., Kurant V.Z. Glutamate dehydrogenases in metal-accumulating fish organs // Metals and Cell Symposium Canterbury: Materiale, Universitty of Kent at Canterbury, 2001. – P. 44.

43. Kurant V.Z., Brodin S.V., Syniuk Y.V. The influence of heavy metals on glycine metabolism in tissues of carp (Cyprinus carpio L.) // Metals and Cell Symposium Canterbury: Materiale, Universitty of Kent at Canterbury, 2001. – P. 45.

44. Курант В.З., Синюк Ю.В., Грубінко В.В. Особливості метаболізму гліцину, алалніну та лейцину в організмі коропа за дії іонів важких металів // VIII Укр. біохім. з’їзд: Тези доп. – Чернівці, 2002. - Т.74,№ 4б (додаток 2). – С.94-95.

45. Грубинко В.В., Синюк Ю.В., Курант В.З. Состояние белков сыворотки крови карпа при воздействии ионов тяжелых металлов // Всероссийская конференция “Современные проблемы водной токсикологии”: Тезисы докл. – Борок, 2002. – С.35-36.